IT201600094513A1 - Turbina eolica - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “Turbina eolica con convogliatore”

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle turbine eoliche.

In particolare, l’invenzione riguarda il settore delle turbine eoliche con convogliatore.

Descrizione della tecnica nota

Sono note turbine eoliche, ad asse verticale o orizzontale, usate come generatori elettrici che, sfruttando l’energia cinetica fornita dal vento, adoperano la conversione di energia meccanica di organi in movimento in energia elettrica.

In US5852331A, WO8103683A1, sono riportati degli esempi di turbine in cui sono predisposti uno o più pareti aventi lo scopo di convogliare il flusso d’aria in ingresso alle pale aumentando la velocità di rotazione del rotore.

In US4486143 è presentato un esempio di turbina composta da una pluralità di singole turbine disposte l’una sull’altra, ciascuna di esse provvista di pannelli deflettori spaziati lungo la periferia atti a controllare il volume di aria in ingresso alle pale di ciascuna turbina, in modo da evitare l’insorgenza di moti turbolenti e migliorare l’efficienza di alimentazione del rotore direzionando il flusso d’aria verso il diametro esterno del rotore.

Tuttavia, queste tipologie di turbine per attivarsi necessitano di una velocità del flusso d’aria (velocità di attacco) elevata, rendendole di fatto inadatte ad essere installate in aree geografiche poco ventose o in periodi dell’anno in cui la velocità del vento non oltrepassa una determinata soglia.

Un altro problema di tali turbine è che, per poter raccogliere il vento proveniente da tutte le direzioni, prevedono un convogliatore ingombrante e pesante.

Inoltre, non hanno un rendimento costante al variare della direzione del vento.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia un rendimento maggiore rispetto a quello delle turbine eoliche ad asse verticale della tecnica nota.

È anche scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che attivi la rotazione del rotore in condizioni di velocità del flusso d’aria inferiori rispetto alle turbine eoliche ad asse verticale descritte nella tecnica nota.

È anche scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia un rendimento costante al variare della direzione del vento.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia costi di produzione ed installazione minori rispetto alle turbine eoliche della tecnica nota.

È ancora scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che contribuisca notevolmente alla riduzione dell’inquinamento prodotto per la generazione dell’energia elettrica.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che si presti ad essere montata a livello del suolo riducendo l’impatto visivo per l’ambiente.

È uno scopo particolare della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale in grado di ridurre gli ingombri a parità la potenza elettrica estratta dalil rotore.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una turbina eolica ad asse verticale, secondo l’invenzione, comprendente:

- un rotore girevole su un supporto di rotazione attorno un asse di rotore, il rotore comprendendo una pluralità di pale atte a ruotare in seguito alla resistenza aerodinamica di un flusso d’aria che le investe, il supporto di rotazione comprendendo un generatore di energia elettrica configurato per produrre energia elettrica in occasione della rotazione del rotore attorno all’asse di rotore;

- una piattaforma sulla quale è montato il supporto, - una prima parete ed una seconda parete sostanzialmente impermeabili al vento e montate sulla piattaforma,

- in cui la piattaforma è montata girevolmente su un basamento fisso mediante una ralla in modo da ruotare attorno ad un asse di orientamento;

- in cui la prima parete e la seconda parete hanno superficie sostanzialmente uguale tra loro e sono montate sulla piattaforma simmetricamente rispetto all’asse di orientamento,

- in cui la prima parete e la seconda parete sono inclinate tra loro di un predeterminato angolo inferiore a 180°, in modo da definire tra loro una regione sottovento,

- ed in cui il rotore è disposto almeno in parte nella regione sottovento.

In tal modo, la posizione inclinata delle pareti e la loro simmetria rispetto all’asse di orientamento, attorno al quale ruota la piattaforma, permette di orientare la zona interna sempre da parte opposta alla direzione del vento, in modo da creare una zona sottovento. Infatti, con il variare della direzione del vento, le due pareti, solidali rispetto alla piattaforma rotante, fungono da rispettive vele mettendo in rotazione la piattaforma fino ad una posizione di equilibrio tale che le due pareti convergano sempre verso la direzione del vento.

Il fatto che il rotore si trovi almeno in parte nella zona sottovento, permette di avere un buon salto barico tra la parte di turbina esposta al vento e la zona sottovento, massimizzando la coppia generata dal vento e dalle pale sull’asse di rotore del rotore.

Vantaggiosamente, l’angolo di inclinazione tra le pareti è compreso tra 90° e 125°. Questa soluzione, rende molto stabile l’auto-orientamento della piattaforma, e consente anche di creare uno spazio interno sottovento tra le pareti ottimale per massimizzare il salto barico a valle delle pale.

In una possibile forma realizzativa, il rotore ha l’asse di rotore orientato verticalmente, e la prima parete e la seconda parete definiscono una apertura di ingresso ed una apertura di uscita per il vento nella regione sottovento.

In tal modo, l’orientamento divergente delle due pareti permette di creare, nella zona sottovento tra le due aperture, una zona a bassa pressione compresa tra i bordi interni delle pareti e il rotore, in modo tale che il flusso d’aria che ha investito le pale sia agevolato nel distaccarsi da esse favorendo lo scarico dell’aria che ha già investito il rotore, e aumentando la portata del flusso d’aria che investe le pale.

Inoltre le due zone di depressione nella zona sottovento permette al rotore di entrare in funzione per velocità di flusso d’aria inferiori rispetto alle turbine della tecnica nota, rendendo il rotore particolarmente adatto ad essere installato al suolo, e riducendo così l’impatto visivo.

In particolare, la depressione generata dalla presenza delle due pareti permette sia di avviare più facilmente il rotore in caso di venti relativamente bassi, sia di aumentare il rendimento.

Inoltre, il fatto che il rendimento complessivo sia migliorato rispetto a quelli della tecnica nota, permette di ridurre i costi e le dimensioni dei componenti. Infatti, è sufficiente.

Vantaggiosamente, il rotore viene disposto subito a valle dell’ingresso, e il rapporto tra la dimensione della apertura di ingresso tra le pareti e l’ingombro del rotore è compreso tra 1,5 e 2, in particolare intorno a 1,75. In tal modo, si favorisce la formazione delle aree di bassa pressione nella zona sottovento, e si permette al vento di avvolgere interamente le pale e trascinarle in rotazione.

In una forma realizzativa dell’invenzione è previsto un sistema di sgancio delle due pareti. In tal modo, durante condizioni atmosferiche di vento molto forte, nel momento in cui il flusso d’aria impatta contro le due pareti ad una velocità che supera una predeterminata soglia il sistema di sgancio si attiva liberando le due pareti in modo da prevenire eventuali rotture del rotore e dei suoi componenti.

In un’altra forma realizzativa prevista, una superficie portante pannelli fotovoltaici è montata sopra le due pareti ad una distanza H’ da esse. In tal modo, la presenza dei pannelli fotovoltaici non interferisce con il flusso d’aria che investe il rotore, e durante le ore diurne permette di aumentare la potenza elettrica estratta. L’altezza H’ è vantaggiosamente compresa tra 0,2 e 0,3 l’altezza H delle pareti. In tal modo, il posizionamento sopra le due pareti ed al di sopra del rotore permette di creare una superficie di raccolta di radiazione luminosa senza aumentare la superficie di ingombro al suolo. Inoltre, l’azione combinata delle pareti e dei pannelli fotovoltaici consente di ottenere un impianto ecologico che può contribuire notevolmente alla riduzione dell’inquinamento prodotto per la generazione di energia elettrica.

In una possibile variante il rotore ha l’asse di rotore orientato orizzontalmente. In particolare, in tal caso, la prima parete e la seconda parete comprendono tra esse almeno una terza parete disposta superiormente al rotore. In particolare è prevista una quarta parete disposta simmetricamente alla terza parete da parte opposta al rotore.

In tal modo, la prima e seconda parete determinano la coppia di orientamento per la piattaforma, mentre la terza e la eventuale quarta parete massimizzano la zona sottovento e la depressione che fornisce coppia motrice al rotore.

In una possibile realizzazione dell’invenzione il rotore è associato ad almeno un secondo rotore.

Vantaggiosamente, il rotore è di tipo Savonius. Vantaggiosamente, possono essere previste almeno due turbine Savonius coassiali e ruotate di 90° l’una dall’altra.

Alternativamente, il rotore è una turbina ad asse orizzontale con asse parallelo alla direzione del vento.

In una possibile forma realizzativa, il pannello fotovoltaico è configurato come un tavolo circondato da sedie. In tal caso, la turbina eolica, la piattaforma potrebbero essere bloccati e sfruttati come tavolo e basamento, ad esempio su un terrazzo o giardino. Invece, sbloccando la piattaforma, il rotore e rimuovendo le sedie, piò essere sfruttato regolarmente come generatore di energia elettrica.

In una possibile forma realizzativa le pareti comprendono un insieme di caratteri alfanumerici che formano una scritta, un disegno, un marchio, ecc.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

− la figura 1 mostra schematicamente in una vista prospettica una turbina eolica ad asse verticale, secondo la presente invenzione, installata a terra e comprendente un rotore e due pareti;

− la figura 2a mostra schematicamente, in una vista dall’alto, la turbina eolica di figura 1 attraversata da un flusso d’aria;

− la figura 2b mostra schematicamente, in una vista dall’alto, una variante ad asse orizzontale parallelo al vento della turbina eolica di figura 1 attraversata da un flusso d’aria;

− le figura 3 e 4 mostrano rispettivamente, una vista dall’alto ed una vista in elevazione di una variante realizzativa di turbina eolica ad asse verticale, avente un sistema di sgancio delle pareti attivabile in caso di raffiche di vento di elevata intensità; − la figura 5 mostra schematicamente, in una vista frontale, una variante realizzativa di turbina eolica, comprendente un pannello fotovoltaico posizionata al di sopra del rotore, della piattaforma e delle pareti;

− la figura 6 mostra schematicamente, in una vista prospettica, una forma applicativa alternativa di turbina ad asse verticale, secondo l’invenzione, installata con pannello fotovoltaico formante un tavolo;

− la figura 7 mostra un esempio di turbina ad asse verticale, secondo l’invenzione, riportante sulla superficie esterna dei pannelli laterali delle scritte che, nel loro insieme, realizzano un mosaico di caratteri alfanumerici;

− le figure 8a-8d mostrano varianti realizzative delle forme delle pareti;

− Le figure 9 e 10 mostrano due varianti realizzative di disposizione relativa tra pannelli e turbina con rotore ad asse orizzontale parallelo al vento.

− Le figure 11 e 12 mostrano due varianti realizzative di disposizione relativa tra pannelli e turbina con rotori multipli.

− La figura 13 mostra una variante realizzativa dell’invenzione con rotore ad asse orizzontale ortogonale al vento.

− La figura 14 mostra una vista in pianta di una variante realizzativa dell’invenzione con doppio rotore ad asse verticale.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite In riferimento alle figura 1 e 2a, secondo quanto previsto dall’invenzione, una turbina eolica 100 comprende un rotore 110 girevole su un supporto di rotazione 112 attorno un asse di rotore 120. Il rotore ha una pluralità di pale 111 atte a ruotare in seguito alla resistenza aerodinamica di un flusso d’aria che le investe e il supporto di rotazione 112 comprende un generatore di energia elettrica configurato per produrre energia elettrica in occasione della rotazione del rotore 110 attorno all’asse di rotore 120.

E’ prevista una piattaforma 130 sulla quale è montato il supporto 112. Sulla piattaforma sono montate inoltre una prima parete 160a ed una seconda parete 160b sostanzialmente impermeabili al vento e montate sulla piattaforma 130. Inoltre, la piattaforma 130 è montata girevolmente su un basamento fisso 140 ancorato al suolo mediante una ralla 150 in modo da ruotare attorno ad un asse di rotore 135.

La prima parete 160a e la seconda parete 160b hanno superficie sostanzialmente uguale tra loro e sono montate sulla piattaforma 130 simmetricamente rispetto all’asse di rotore 135, ed inoltre sono inclinate tra loro di un predeterminato angolo inferiore a 180°, in particolare tra 90° e 125°, in modo da definire tra loro una regione interna 170, ed in cui il rotore è disposto almeno in parte nella regione interna 170.

Il rotore 110 ad asse verticale ha vantaggiosamente pale di tipo Savonius 111 che, investite da un flusso d’aria si mettono in rotazione attorno ad un asse di rotore 120.

La piattaforma 130 può essere montata girevolmente sul basamento fisso 140 mediante una ralla 150.

Le due pareti 160a e 160b sono connesse tra loro tramite la piattaforma 130 e poste rispettivamente ai suoi due lati, in modo che le due pareti definiscano due aperture 165a e 165b atte a fungere da entrata / uscita del flusso d’aria in entrata / uscita dal rotore e, tra loro, lo spazio interno 170 entro cui è contenuto il rotore.

In particolare, due pareti hanno due direzioni longitudinali 162a, 162b parallele all’asse di rotazione del rotore 110 e due assi ortogonali 161a, 161b. Ciascuna delle due pareti è rivolta verso lo spazio interno e disposta secondo una predeterminata direzione 163a, 163b, in modo che gli assi ortogonali 161a, 161b siano convergenti l’uno verso l’altro, secondo un predeterminato angolo di inclinazione (α), in un punto 171 che si trova più spostato in avanti rispetto all’ asse di rotazione verticale 120 del rotore 110, interno allo spazio interno 170 e contenuto entro un piano (V) parallelo al piano orizzontale della tavola girevole. Un basamento di cemento 180 è utilizzato per installare al suolo 190 il rotore.

Il fatto che la piattaforma sia montata sul basamento fisso mediante una ralla rende possibile l’orientamento al vento delle due pareti, in modo tale che esse convergano sempre verso la direzione del vento.

La produzione di energia da parte del rotore può essere fatta da un alternatore posto nel supporto 112 alla base del rotore e convogliata a terra mediante cablaggio (non mostrato in figura) e spazzole per essere infine raccolta da un accumulatore/stabilizzatore, anch’esso non mostrato.

In riferimento alla figura 2a, le pareti 160a, 160b fungono da ostacolo al flusso per favorire lo scarico dell’aria che ha già investito il rotore creando una depressione nella zona di uscita 165b. In tal modo, il flusso d’aria incidente nelle pale, muovendosi secondo un gradiente pressorio dalla zona di ingresso, ad alta pressione, verso la zona di uscita, a bassa pressione, agevola la rotazione delle pale permettendo la loro attivazione anche in condizioni di flussi d’aria di bassa intensità.

In modo analogo alla figura 2a, in figura 2b la medesima configurazione delle pareti 160a e 160 b può essere ottenuta con una turbina con rotore 110 ad asse orizzontale parallelo al vento.

In riferimento alle figure 3, 4 è mostrata una variante dell’invenzione incorporante un sistema di sgancio 210a e 210b delle due pareti. In tal modo, durante condizioni atmosferiche di vento molto forte, nel momento in cui il flusso d’aria impatta contro le due pareti ad una velocità che supera una predeterminata soglia il sistema di sgancio si attiva liberando le due pareti in modo da prevenire eventuali rotture del rotore e dei suoi componenti.

In figura 5 è riportata una ulteriore variante di turbina eolica incorporante una superficie, portante pannelli fotovoltaici 310, montata sopra le due pareti ad una distanza H da esse. In tal modo, la presenza dei pannelli fotovoltaici non interferisce con il flusso d’aria che investe il rotore, e durante le ore diurne permette di aumentare la potenza elettrica estratta.

L’azione combinata delle pareti e dei pannelli fotovoltaici consente di ottenere un impianto ecologico che può contribuire notevolmente alla riduzione dell’inquinamento prodotto per la generazione di energia elettrica.

In figura 6 una ulteriore forma realizzativa dell’invenzione prevede una superficie portante pannelli fotovoltaici 310 come basamento di un tavolo. Sottostante ad esso è disposta il rotore 110 con le due pareti 160a, 160b. In questo modo, la struttura risultante può andare a comporre un’area di svago o di sosta in perfetta armonia ed integrata con l’ambiente circostante.

Con riferimento alla figura 7, è possibile realizzare dei pannelli laterali personalizzati. Ad esempio, è possibile creare pannelli laterali diversi l’uno dall’altro in modo che nell’insieme formino una scritta pubblicitaria, un marchio, un disegno, ecc. A titolo esemplificativo, in Fig. 7 è riportato un mosaico di caratteri alfanumerici. le figure 8a-8d mostrano varianti realizzative delle forme delle pareti, ad esempio di forma trapezoidale, triangolare, quadrata, ecc.

Le figure 9 e 10 mostrano due varianti realizzative di disposizione relativa tra pannelli e turbina con rotore ad asse orizzontale parallelo al vento. Nel caso di Fig. 9 essere previste almeno due turbine savonius coassiali e ruotate di 90° l’una dall’altra.

Le figure 11 e 12 mostrano due varianti realizzative di disposizione relativa tra pannelli e turbina con rotori multipli.

La figura 13 mostra una variante realizzativa dell’invenzione con rotore ad asse orizzontale ortogonale al vento.

La figura 14 mostra una vista in pianta di una variante realizzativa dell’invenzione con doppio rotore ad asse verticale. In tal caso, è presente un setto centrale 180 e le due turbine savonius hanno pale orientate in modo opposto, per favorire lo scarico dell’aria verso le rispettive zone in bassa pressione.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una turbina eolica (100), comprendente: - un rotore (110) girevole su un supporto di rotazione (112) attorno un asse di rotore (120), il rotore comprendendo una pluralità di pale (111) atte a ruotare in seguito alla resistenza aerodinamica di un flusso d’aria che le investe, il supporto di rotazione (112) comprendendo un generatore di energia elettrica configurato per produrre energia elettrica in occasione della rotazione del rotore (110) attorno all’asse di rotore (120); - una piattaforma (130) sulla quale è montato il supporto (112), - una prima parete (160a) ed una seconda parete (160b) sostanzialmente impermeabili al vento e montate sulla piattaforma (130), caratterizzata dal fatto che detta piattaforma (130) è montata girevolmente su un basamento fisso (140) mediante una ralla (150) in modo da ruotare attorno ad un asse di rotore (135); detta prima parete (160a) e la seconda parete (160b) hanno superficie sostanzialmente uguale tra loro e sono montate sulla piattaforma (130) simmetricamente rispetto all’asse di rotore (135), detta prima parete (160a) e la seconda parete (160b) sono inclinate tra loro di un predeterminato angolo inferiore a 180°, in modo da definire tra loro una regione interna (170), ed in cui il rotore è disposto almeno in parte nella regione interna (170).
2. 2. Una turbina eolica (100), come da rivendicazione 1, in cui l’angolo di inclinazione (α) è compreso tra 90° e 125°.
3. 3. Una turbina eolica (100) come da rivendicazione 1, in cui: - il rotore (110) ha l’asse di rotore (120) è orientato verticalmente; - la prima parete (160a) e la seconda parete (160b) definiscono una apertura di ingresso (165a) ed una apertura di uscita (165b) per il vento nella regione interna ed hanno due rispettive direzioni longitudinali (162a, 162b) parallele all’asse di rotore (120) nonché due rispettivi assi ortogonali (161a, 161b).
4. 4. Turbina eolica secondo la rivendicazione 1, in cui la prima parete (160a) e la seconda parete (160b) comprendono un dispositivo di sgancio (210a, 210b) configurato per permettere la rotazione delle prima e seconda parete (160a,160b) attorno ad un perno verticale in caso di forte vento.
5. 5. Una turbina eolica (100) come da rivendicazione 1, in cui il rotore (110) ha l’asse di rotore (120) orientato orizzontalmente.
6. 6. Una turbina eolica (100) come da rivendicazione 5, in cui le la prima parete (160a) e la seconda parete (160b) comprendono tra esse almeno una terza parete (160c) disposta superiormente al rotore (110); in particolare è prevista una quarta parete disposta simmetricamente alla terza parete da parte opposta al rotore;
7. 7. Una turbina eolica (100) come da rivendicazione 1, in cui il rotore (110) è associato ad almeno un secondo rotore.
8. 8. Una turbina eolica secondo la rivendicazione 1, in cui la prima parete (160a) e la seconda parete (160b) sono sormontate da un pannello fotovoltaico(310) ad una distanza H da esse.
9. 9. Una turbina eolica secondo la rivendicazione 8, in cui la pannello fotovoltaico è configurata come un tavolo circondato da sedie.
10. 10. Una turbina eolica secondo la rivendicazione 1, in cui le pareti (160a, 160b) comprendono un insieme di caratteri alfanumerici che formano una scritta, un disegno, un marchio, ecc.